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光催化氧化法处理塑料加工有机废气的技术分析

日期:2019-01-21 05:01

  光催化氧化法在有机废气的治理中已显现出良好的应用前景。论文介绍了VOCs的来源及危害,概述了几种常见的有机废气的处理技术,重点介绍了塑料加工行业有机废气的产生特点及光催化氧化法的原理及特点。

  我国塑料工业是国民经济中最具活力和竞争力的产业之一,塑料工业是以塑料制品业为核心, 塑料制品业已成为全国轻工业中产值突破万亿元的最大行业, 发展势头十分强劲。塑料管材管件、塑料包装箱容器、塑料薄膜、日用塑料制品等塑料制品加工企业在生产过程中产生的有机废气,有机废气一般以挥发性有机化合物(VOCs)计,VOCs 危害人体健康,污染环境,因此,必须采取有效措施处理这些有机废气。

  挥发性有机化合物( VOCs) 是指参与大气光化学反应的有机化合物,包括非甲烷烃类、含氧有机物、含氯有机物、含氮有机物、含硫有机物等,是形成臭氧(O3) 和细颗粒物(PM2.5)污染的重要前体物。主要来源于以石化产品为主要燃料的交通工具产生的尾气和工业生产过程中产生的废气等,种类多。国家环境保护部、国家发展和改革委员会、财政

  部、交通运输部、质检总局、能源局联合制定印发了《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》,全面加强VOCs污染防治工作。

  有机废气的处理方法有吸附法、吸收法、燃烧法、生物处理技术、冷凝处理技术、低温等离子体技术、光催化氧化法。不同技术适用范围不同,其中,吸附法和燃烧法是目前应用最为普遍的两种废气处理技术。

  吸附法:吸附法是目前使用范围最广、技术最成熟的有机废气吸附方法[4]。吸附法为物理吸附,具有可逆性,在吸附饱和后,可对吸附剂进行脱附,实现循环利用。活性炭因其比表面积大、吸附效率高等特点,成为吸附法首选吸附剂,其在处理大风量、低浓度、温度不高的有机废气时效果较好,去除率可达90%以上,但不适用于高浓度、高温度有机废气的处理,且运行费用高,活性炭更换容易产生二次污染。

  燃烧法:燃烧法分为直接燃烧和催化燃烧。直接燃烧温度范围为650~850℃,催化燃烧法中使用的催化剂可降低起燃温度,而且其催化浓度范围广,几乎可以处理所有的烃类有机废气及恶臭气体,净化率可达90%~99%。催化燃烧法的关键是催化剂的选择,贵金属催化剂价格比较昂贵,耐热性不佳,而非金属催化剂容易中毒,催化剂的问题使得催化燃烧法在有机废气处理中的应用具有一定局限性。

  近年来,人们在吸取活性炭吸附法和催化燃烧法的优点,及克服各自单独使用的缺点基础上,开发出了吸附浓缩+催化燃烧法相结合的废气处理技术,该法将低浓度的有机废气通过活性炭将其浓缩成高浓度的有机废气再通过催化燃烧床将其彻底净化,处理效果和处理效率都取得了不小的提高,可在一定程度上解决治理低浓度、大风量有机废气的难题,目前已成功应用在喷漆、印刷、化学、化工及制鞋等行业。

  本文前期通过对河北和天津数十家塑料加工企业进行调研与考察,塑料加工过程原料在高温熔融状态下挤出、吹塑等过程会挥发有机废气,有机废气浓度较低。与前述处理方法相比,光催化氧化法具有易于操作、模型化、装置简单,反应过程快速高效且无二次污染问题,因此近两年来受到环保部门重视和肯定,在塑料加工企业有机废气处理中的应用越来越广泛。

  光催化氧化法的反应机理为以n 型半导体为催化剂的特殊光催化氧化,一定能量的光照射到半导体时,价带电子受激发而跃迁成为光生电子,形成光生空穴,与激发到导带的电子形成电子空穴对,它们可运动到半导体粒子的表面,生成具有氧化能力的高活性自由基,加速反应系统中反应物的降解作用。

  光催化剂的选择对于光催化氧化过程至关重要,其活性高低能够显著影响光催化氧化的效果。TiO2 具有物理化学性质稳定、光催化效率高且价廉无毒的优点,是目前最常用的光催化剂。

  光催化氧化方法可分解多种有机化合物,反应条件温和,不受周围环境温度和压力的影响,操作便利,装置简单;其缺点是催化剂对光源利用率低,不适用于高浓度有机废气的处理。

  在塑料加工企业环境保护验收阶段,实际监测有机废气进口浓度较低,去除率较低,分析原因可能是有机废气收集效率低引起,因此,塑料加工项目环境影响报告编制阶段,应结合设备特点,提出可行的提高废气收集效率的措施,进一步减少有机废气的无组织排放。

  本文介绍了VOCs 的来源及危害,概述了几种常见的有机废气的处理技术,重点介绍了塑料加工行业有机废气的产生特点及光催化氧化法的原理及特点。随着人们对环境质量的要求越来越高,对于VOCs 治理的力度也会越来越大,光催化氧化法具有反应条件温和,不受周围环境温度和压力的影响,操作便利,装置简单的特点,适用于中低浓度有机废气处理,具有良好的应用前景。

  我国自2010年起才开始管控VOCs的排放.通过对美国、欧盟和我国现行的涂料工业VOCs排放标准体系进行对比研究,发现我国涂料工业VOCs排放标准体系完整且严厉,由源头替代、工艺过程控制、排放限值、监控与管理等构成,但存在表征方法不明确、分析方法不准确、总量控制指标缺乏等问题。

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